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电源入门(2):boost升压电感电压和输入电压叠加、实现升压_电压_变换器

神尊大人 2024-12-05 01:11:03 0

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利用储能元件从输入电源获取能量得到一个电压,然后将它和输入电压顺向串联,就可以实现升压功能。
电容和电感是二种常用的储能元件,如果利用电容实现这个功能,这种升压变换器称为电容充电泵;如果利用电感实现这个功能,这种升压变换器称为BOOST变换器。
其余,也可以将直流电压变为互换,然后利用高频变压器升压,如反激、正激、推挽、半桥和全桥等电源构造。
本文只谈论前面二种构造的演化过程。

1、电感BOOST变换器

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输入电压Vin加到电感两端,电感激磁并将能量储存在电感中,电感和输入电压断开后,电感的电流不能突变:L•di/dt=Vin,电感中变革的电流产生感应电压,感应电压的方向右正左负,如图1所示。

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(图片来自网络侵删)

图1:电感激磁储能

将感应电压的负端连接到输入电压的正端,也便是电感的感应电压和输入电压顺向串联,感应电压的正端就可以得到高于输入电压的电压,从而实现电压的抬升。

图2:电感和输入电压顺向叠加

图中的A点,当电感激磁储能时,其连接到输入电源的地;当电感的感应电压叠加到输入电压时,其连接到输出端,A点是一个动点,有时连接到地,有时连接到输出,因此,A点和地、输出之间,须要各加一个可以进行连通和断开的开关元件,实现这个功能。

(1)将功率MOSFET连接在A点和输入电源的地之间,如图3所示,就可以实现上面的功能。
这个开关管导通时,电感激磁储能,因此,称之为主功率MOSFET。

图3:电感和地的掌握开关

(2)将另一个功率MOSFET连接在A点和输出之间,同样也实现上面的功能。

把稳到电感的感应电压叠加到输入电压时,电感是去磁、开释能量的过程,A点和输出之间流过的是电感去磁产生的被动的单向电流,因此也可以用一个具有单引导电性的二极管,来代替功率MOSFET,如图4所示。

图4:电感和输出的掌握开关

电感去磁产生的感应电压和输入电压顺向叠加,实现升压的功能;电感的动点和地之间插入主功率MOSFET,电感的动点和输出之间插入隔离二极管,就组成了基本的BOOST变换器。
输出二极管换成功率MOSFET,称之为同步BOOST变换器,实现更高的效率。

输出电压加入反馈调节,同时加入过流、过温、过压、欠压、软起动等一些保护功能去掌握BOOST变换器主电路,就构成BOOST变换器的掌握芯片
如果将主功率MOSFET、输出二极管或同步MOSFET也集成到芯片里面,就构成单芯片BOOST变换器。

2、电容充电泵

电容充电泵事理如图5所示,K1、K2开通,输入电源给电容Cs充电;然后K1、K2断开,将电容Cs的负端通过K4连接到输入电源的正端,电容Cs的正端通过K3连接到输出,这样电容Cs的电压就叠加在输入电压上,从而实现电压的提升。
通过多级充电泵的叠加,可以得到更高的电压。

图5:电容充电泵事理

3、DCDC变换器中的升压、负压充电泵

BOOST变换器的开枢纽关头点SW(A点)的电压在0、Vo之间相互切换,是一个电压浮动点、动点,那么意味着可以用SW这个电压浮动点,组成电容充电泵,实现另一起高压或负压的输出,电路构造和事情事理如图6所示。

(1)MOSFET导通:电容C1连接到SW点,SW的电压为0,利用稳定的电压如Vo,给电容C1充电,就可以将C1的电压充到Vo。

(2)MOSFET关断,D1导通:SW的电压升高为Vo,C1的A点电压相对付地抬升到2Vo。

个中,D2、D3具有单引导电性,起导通和隔离浸染。
同样的方法,可以通过多级充电泵,实现更高的输出。

(a) 充电泵事理

(b) 多级充电泵

图6:BOOST变换器组成充电泵

利用充电泵还可以得到负压输出,如图7所示。

(1)D1导通,SW的电压为Vo,Vo通过C1、D1,将C1的电压充到Vo,C1上正下负。

(2)MOSFET导通,SW的电压为0,C1的上端电压0,下端A点电压为-Vo,D3导通,输出负电压。

图7:BOOST变换器组成负压充电泵

从上面的剖析可以知道,DCDC变换器中所有的电压浮动点,都可以用同样的办法得到充电泵,如BUCK变换器的开枢纽关头点,从而实现多路的输出。
充电泵电路输出电压没有反馈,负载和线性调度率差,得当于小电流输出的运用,输出可以加稳压管或三端稳压器提高输出稳定度。

BUCK、BOOST变换器的电感所加的电压为互换电压,也可以在BUCK、BOOST变换器的电感多加一个绕组,得到其余一组输出电压,第二绕组事情办法可以是反激也可以是正激,其输出电压可以为正也可以为负。

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